不同规格组装式日光温室温度环境及生产性能分析

不同规格组装式日光温室温度环境及生产性能分析宋明军1张学斌2赵 鹏1赵树春3张斌祥3张旭林1张建金3（1甘肃省农业科学院蔬菜研究所，甘肃兰州 730070；2甘肃省经济作物技术推广站，甘肃兰州 730000； 3甘肃省靖远县农业技术推广中心，甘肃靖远730600）摘 要 ：组装式日光温室近年来在甘肃省得到推广应用，对甘肃省靖远县建造的 4 种不同规格组装式日光温室温度环境性能进行观测。结果表明，4 种组装式日光温室由于建造参数不同，温度条件差别较大，1 月最低温度相差 4.1 ；组装式日光温室具有升温速度快、降温速度也快的特点，1 月平均升温幅度较土墙温室高 2.45.6 ，平均最高温度可达 35.7 ，平均最低温度 5.79.8 ，较土墙温室低 1.25.3 ；随外界气温回暖，3 月组装式日光温室温度条件优于土墙温室。甘肃省靖远县组装式日光温室 1 月适宜叶菜生产；2 月以后，随天气回暖和温室条件的改善，可进行早春茬茄果类和瓜类蔬菜生产。关键词 ：组装式日光温室；结构；温度；环境；性能位和生产单位从提高土地利用率和建造标准化角度出发，进行组装式日光温室的研究与设计（蒋锦标 等，2011；严德怀和陈志宏，2014），组装式日光温室具有投资成本低、土地利用率高、安装便捷可移动等特点（魏德军 等，2017）。但是从目前对组装式日光温室环境条件的研究结果来看，组装式日光温室普遍存在墙体蓄热能力差、温室环境性能下降的情况（黄红英 等，2014）。在不增加辅助调控设备的情况下，需根据温室环境条件，合理安排种植茬口和作物种类，使组装式日光温室性能和配套的种植制度相结合，才能充分发挥其生产能力。靖远县是甘肃省最早进行日光温室蔬菜生产的宋明军，男，副研究员，主要从事温室结构设计与环境调控技术研究，E-mail：gs_smj163.com收稿日期：2018-02-27；接受日期：2018-05-07基金项目 ：国家自然科学基金项目（51568002，51468028）日光温室是我国北方冬季作物最主要的反季节栽培设施，为解决北方冬季蔬菜供应、改善人民生活发挥了巨大作用（李天来，2005）。随着日光温室建造技术的不断发展，农村剩余劳动力的减少，日光温室建造和生产的轻简化技术需求日益迫切（郭世荣 等，2012）。传统日光温室建造方式普遍存在土地利用率低、建造费时费力及标准化程度差等诸多问题，近年来为了解决以上问题，科研单with4differentdosages（125，250，375，500 kghm-2）on thechlorophyllcontentinfleshyrootsofgreenradishproducedinWeiCounty.Theresultsshowedthatthechlorophyllcontentinfleshyrootsshowedadowntrendfromearly，middle andlatestagesofthegrowthperiod，and wasnotaffectedbydifferentnitrogenfertilizersanddosages.However，the chlorophyllcontentsinfleshyradishrootswerevariantwithdifferentnitrogenfertilizersanddosages.Amongthem，the effectofammoniumnitratewastheleast.375kghm-2diammoniumphosphateand125，250 kghm-2ammoniumsulfatewerefavorableforchlorophyllaccumulationatpholem.375kghm-2ofdiammoniumphosphateandureawerefavorableforchlorophyllaccumulationatitsxylem.ThechlorophyllcontentinfleshyrootsofgreenradishproducedinWeiCountyreachedthemaximumvalue，when applyingdiammoniumphosphatewith375kghm-2dosage.Key words：GreenradishproducedinWeiCounty；Nitrogenfertilizer；Fleshyroot；Chlorophyll64新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜     CHINA VEGETABLES 2018（6）：64-69地区之一，近年来引进建造了多种规格的组装式日光温室。为充分发挥设施生产潜力，提高设施利用效率，甘肃省农业科学院蔬菜研究所2016年对这些组装式日光温室进行了观测试验。从组装式日光温室温度环境特点和变化规律入手，对其生产性能进行分析和评价，提出适宜的种植茬口和种类，以期对这些设施的合理使用提出有益的建议和帮助。1 材料与方法1.1 试验地点试验温室位于甘肃靖远大坝和三合农业高科技示范园区（N36.63，E104.71），海拨 1 312m，属典型的温带半干旱大陆季风气候，年降水量 240 mm，年平均气温 8.9 ，无霜期 165 d，年日照时数 2 700h 左右，极端最高气温为 39.5 ，极端最低气温 -24.3。1.2 试验温室本试验选择4座不同规格的组装式日光温室（表1），以当地普遍应用的土墙结构日光温室为对照进行观测，组装式日光温室前后屋面骨架采用7030椭圆型钢骨架，骨架间距均为90 cm。其中8 m跨度的2座试验温室通风方式采用顶部卷膜通风，通风口宽度 1.2 m，9 m 和 10 m 跨度的2座试验温室增加了底通风，通风口宽度0.8 m。覆盖保温被芯层为针刺毛毡，外层包裹防水布，总厚度 2.5 cm。对照温室选用当地普通日光温室，墙体为干打垒土墙体，墙体下部厚 2.0 m，上部厚1.2m。骨架材料和覆盖材料与试验组装式日光温室相同。后屋面结构为：竹胶板 +5 cm 草帘 +10 cm麦草 +15 cm 草泥，上薄下厚，平均厚度 30 cm，后屋面长度 2.4 m，温室采用顶部通风，通风口宽 度 1.0m。表 1 供试温室结构参数温室编号 跨度/m 长度/m 脊高/m 墙高/m 后墙体结构 种植作物试验温室（WS ） 8 80 3.9 2.4 80mm 稻草帘 +20mm 保温被 +0.12mm 棚膜 茄子试验温室（WS ） 8 80 3.9 2.4 80mm稻草帘 +40mm 保温被 +0.12mm 棚膜 辣椒试验温室（WS ） 9 84 5.0 4.3 防水布 + 涤纶棉 + 防水布（总厚度 100mm） 黄瓜试验温室（WS ） 10 90 4.5 3.2 2.5mm 毛毡 +80mm 草帘 +40mm 保温被 +0.5mm 防水布 水培叶菜土墙温室（CK） 8.3 90 4.2 2.8 黏土墙（1.6m） 辣椒度 0.2（050），每 30min 记录 1 次。1.4 数据分析和评价方法采用 Excel 软件进行数据处理，获得组装式日光温室室内外温度的动态变化规律，通过观测试验结果分析组装式日光温室结构变化对保温性能的影响，依据蔬菜作物生长三基点温度，对组装式日光温室的生产性能进行分析和评价。2 结果与分析2.1 不同结构组装式日光温室保温性能分析2.1.1 最低温度变化  日光温室最低温度是评判温室保温性能的重要指标。根据番茄、辣椒等果菜最低生长温度（10）和叶菜最低生长温度（2 ）（郜庆炉，2002；马承伟和苗香雯，2005）进行温室性能分析。如表 2 所示，各试验温室的最低温度均高于 2，冬季（12 月）组装式日光温室保温性能低于土墙温室（CK），1月各组装式日光温室平均最低温度均低于 10 ，WS 、WS 、WS 、1.3 观测项目及方法观测试验于2016年1月7日至4月28日进行，选取1月9日至3月31日的观测数据进行分析。主要观测各试验温室及对照温室的室内外空气温度变化，室内空气温度观测点高度 1.5 m，位于温室前后正中间偏右 5 m 的位置，主要避开中部卷帘机的影响。室外温度观测点位于室外空旷处，高度 1.5 m，为避免阳光直接辐射造成的影响，观测时温度传感器上方加一硬纸板遮挡，组装式日光温室剖面结构和观测点位置如图 1 所示。温度观测采用 HOBO Prov2U23-001 型温湿度自动记录仪，精图 1 组装式日光温室结构示意图及测点布置L/2L0.000室外温度测点室内温度测点1.5m70mm30mm 钢骨架70mm30mm钢骨架墙体保温材料复合保温被0.12mmEVA 棚膜65新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜     CHINA VEGETABLESWS 分别较 CK 低 3.5、1.2、2.5、5.3 ，低 于10的天数占本月观测天数的 56.5%100.0%，而土墙温室（CK）月平均最低温度为11.0 。 2月 WS 和 WS 的平均最低温度上升到 11.0 以上，而 WS 和 WS 的平均最低温度分别为 8.3、8.8，低于 10 的天数占本月观测天数的 8 2.8%和 72.4%。3 月所有温室的平均最低温度均高于 10 ，其中 WS 、WS 、WS 的最低温度超过了土墙温室（CK），但 WS 仍有 9 d 低 于 10 。通过以上对各试验温室逐月最低温度分析，各组装式日光温室由于建筑参数不同，保温性能差别很大，1 月最低温度基本低于 10 ， 2 月以后，相对性能较好的 WS 、WS 平均最低温度高于 10 ，而WS 和 WS 3 月平均最低温度高于 10 。2.1.2 旬平均最低温度变化  分析各旬平均最低温度变化，可以更清楚地掌握试验温室最低温度变化范围，为温室作物种植茬口安排提供准确的时间节点。如图2所示，土墙温室（CK）除1月下旬外界极端温度时低于 10 外，其余时间均高于 10。而WS、WS在2月上旬平均最低温度高于 10 ，WS 和 WS 最低温度回升最慢，于 2月下旬至 3 月上旬温室内平均最低温度才开始高于10，此后随外界气温的回升而不断上升。WS 的最低温度回升最快，2 月中旬开始在组装式日光温室中表现最好，而 WS 最低温度回升最慢，除1 月高于 WS 外，其余时间均表现最差。2.2 组装式日光温室升温能力分析2.2.1 最高温度变化  温室内最高温度可以判断设施的采光和升温能力的强弱，由于各试验温室内种植作物不同，通过温室最高温度变化，可以了解温室白天的升温能力和最高温度管理方式，从而分析造成温室保温性能差异的原因。从各试验温室的日最高温度变化情况分析（图 3），除 1 月 20 日、22日和 3 月 22、23 日阴雪天各温室最高温度低于 20 外，试验期间，各组装式日光温室日最高温度基本能达到30 以上。其中 WS采光升温能力最好，1 月平均最高温度 35.7 ，WS 、WS 和WS 平均最高温度分别为 30.7、32.7、32.8 ，除WS白天最高温度低于其他温室外，WS和WS 白天最高温度基本相同，因此认为组装式日光温室的不同结构是造成温室晚间保温性能差异的主要原因。 表 2 组装式日光温室最低温度和低温持续天数温室类型1月 2月 3月 2 天数/d 10 天数/d平均最低温度/ 2 天数/d 10 天数/d平均最低温度/ 2 天数/d 10 天数/d平均最低温度/WS 0 21 7.5 0 24 8.3 0 9 10.9WS 0 13 9.8 0 9 11.0 0 2 12.6WS 0 20 8.5 0 5 11.3 0 1 13.7WS 0 23 5.7 0 21 8.8 0 3 12.2CK 0 7 11.0 0 1 12.4 0 4 11.7外界温度 23 23 -14.1 29 29 -9.4 28 31 -0.7注：1 月观测天数 23 d，2 月观测天数 29 d，3 月观测天数 31 d。图 2 组装式日光温室旬平均最低温度变化趋势 66新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜     CHINA VEGETABLES s,z#U84 84 84 84 $, B*x1 月上旬 1 月中旬 1 月下旬 2 月上旬 2 月中旬 2 月下旬 3 月上旬 3 月中旬 3 月下旬时间图 3 组装式日光温室日最高温度变化趋势2.2.2 最高和最低温度差  由于日光温室的最低温度基本出现在揭帘时间，所以最高、最低温度差可以反映温室每日升温幅度。从图 4 可知，组装式日光温室的升温能力普遍高于土墙温室（CK），1月 23 日（晴天），WS 、WS 、WS 、WS 和 CK 日升温分别为 33.6、33.3、35.9、35.8、30.1 ，WS 和 WS 升温幅度超过 35 ，外界温度仅上升了9.9 。1 月20日（阴雪天），各温室分别升温 6.2、5.5、5.5、5.5、4.8 ，组装 式日光温室升温幅度仍然高于土墙温室（CK）。1月各温室平均升温幅度分别为 24.3、25.7、27.5、26.9、21.9 ，组装式日光温室较土墙温室升温幅度高2.45.6 。而随着外界温度的升高，各温室的升温幅度逐渐减小，3 月升温幅度基本在 20 左右。2.3 组装式日光温室结构对保温性能影响4 种组装式日光温室由于建造参数不同，表现出不同的温度变化特点。WS 、WS 、WS 和WS前屋面覆盖相同的保温材料，通过计算后墙体和后屋面保温材料的热阻值（刘晨霞 等，2015；GB501762016，2017），分析组装式日光温室结构变化对保温性能的影响。4种组装式日光温室墙体的热阻值分别为 1.50、1.85、1.96、1.81m2KW-1，WS和WS的墙体保温材料热阻相近，WS的热阻稍大于其他温室。1月，WS、WS和WS的月平均最低温度分别为 9.8、8.5、5.7 ，室内 最低温度表现出随跨度增加而降低的趋势。WS和WS的结构参数完全相同，但WS墙体较WS热阻值低0.35 m2KW-1，试验期间 WS 的最低温度始终低于WS，但1月的最低温度高于WS。通过以上对温室结构和保温材料性能的分析，认为在前屋面覆盖材料相同的情况下，冬季组装式日光温室保温性能随跨度增加而降低，这一点和刘玉凤（2012）、唐中祺等（2014）在普通土墙温室上的研究结果并不一致，分析原因是组装式日光温室墙体蓄热性能不足，随着跨度的增大，相应的前屋面散热面积增加，造成组装式日光温室保温性能下降。2.4 不同组装式日光温室生产性能分析冬季温室的生产性能，主要取决于温度条件。由于不清楚所建组装式日光温室的保温性能，当地利用这些组装式日光温室进行越冬茬果菜生产，冬季保温性能不佳，作物生长缓慢，2 月以后随气温图 4 组装式日光温室日最高、最低温度差 67新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜     CHINA VEGETABLES,P#U84 84 84 84 $, B*x时间（月- 日）01-09 01-16 01-23 01-30 02-06 02-13 02-20 02-27 03-05 03-12 03-19 03-26,P,z#U84 84 84 84 $, B*x时间（月- 日）01-09 01-16 01-23 01-30 02-06 02-13 02-20 02-27 03-05 03-12 03-19 03-26回暖，才逐渐正常生长。所以，通过对组装式日光温室保温性能的观测分析，提出适宜的种植茬口，对组装式日光温室的合理利用显得非常必要。日光温室由于环境可控性差，在冬季往往达不到作物最适生长温度条件，只能尽量满足达到下限生长温度，根据番茄、辣椒等果菜和叶菜的最低生长温度进行温室作物种植茬口的安排。当地普遍使用的土墙温室（CK）1 月保温性能表现最好，室内平均最低温度均达到 10 以上，虽遇阴雪天短暂下降，但仍保持在 7 以上，不会造成冷害，可以进行茄果类蔬菜的越冬茬生产。2月上旬WS和WS平均最低温度上升到 10 以上，可以选择在 2 月上旬进行茄果类、瓜类作物早春茬栽培，前茬进行叶菜生产。WS升温速度最快，3月以后室内温度条件最好，适合进行早春茬瓜类生产。WS 和WS1月最低温度在3左右，到2月底至3月初，室内平均最低温度才能达到 10 以上，所以适宜进行冬茬叶菜生产，3 月配合春茬果菜生产。3 结论与讨论组装式日光温室由于建造结构的不同，温室性能差别很大，在冬季若不进行合理的茬口安排或增加临时补温设备，容易受到极端天气的危害。通过对靖远县不同规格组装式日光温室的保温性能进行研究和分析，得出以下结论： 组装式日光温室1月平均最低温度均低于10，较土墙温室低 1.25.3，组装式日光温室之间相差 4.1 。冬季组装式日光温室的保温能力随跨度增加而下降，主要原因还是组装式日光温室墙体蓄热量少，跨度增大造成温室散热面积增加，引起温室保温性能下降，而墙体保温性能不佳的组装式日光温室，温度回升较慢。随外界气温的回暖，3 月各组装式日光温室最低温度较对照土墙温室高-0.82.0 ，温室之间温度差距逐渐减小，表现为冬季外界环境温度越低，传统土墙温室温度越优于组装式日光温室，春季建造规范的组装式日光温室性能好的特点。 通过分析组装式日光温室的最高和最低温度变化，可以判断温室的升温性能，还可以分析温室保温性能差异造成的原因。组装式日光温室在晴天和阴雪天的升温能力均高于对照土墙温室，1 月平均升温幅度较土墙温室高 2.45.6 ，而平均最低温度为 5.79.8 ，又低于土墙温室，组装式日光温室表现出升温速度快，降温速度也快的特点，这与聂战声等（2015）的研究结果相一致。试验期间，各试验温室多数天气日最高温度能达到 30 以上，其中 WS 平均最高温度为 35.7 ，日最大升温幅度可达 35.8 ，除 WS 的最高温度低于其他温室外，WS和WS的最高温度基本相同，但最低温度差别较大。所以组装式日光温室主要还是因为结构不同造成保温性能的差异。从以上试验结果分析，在甘肃省中部的靖远县，1 月本试验选择的组装式日光温室保温性能不能满足茄果类、瓜类蔬菜生产，冬茬最好安排耐寒叶菜生产，2 月以后，随天气回暖和各组装式日光温室条件的改善，再进行早春茬果菜的生产。通过合理安排种植茬口，充分发挥所建温室的生产性能。参考文献郜庆炉2002设施型农作制度研究博士论文杨凌：西北农林科技大学郭世荣，孙锦，束胜，陆晓民，田婧，王军伟 2012我国设施园艺概况及发展趋势，中国蔬菜，（18）：1-14黄红英，武国峰，孙恩惠，陈福恒，杨旭，常志州 2014秸秆块墙体日光温室在苏北地区应用效果试验农业工程学报， 30（ 14）： 170-178蒋锦标，姜兴胜，乔军，满朝红，吴国兴2011对我国蔬菜温室的评价及新型日光温室的研发中国蔬菜，（11）：8-10李天来 2005中国日光温室产业发展现状与前景沈阳农业大学学报， 36（ 2）： 131-138刘晨霞，马承伟，王平智，赵淑梅，程杰宇，王明磊2015日光温室保温被传热的理论解析及验证农业工程学报，31（2）：170-176刘玉凤2012不同跨度日光温室性能的研究硕士论文杨凌：西北农林科技大学马承伟，苗香雯2005农业生物环境工程北京：中国农业出版社：166-167聂战声，董立盛，窦尚，马其彪，雷成军2015新型钢架结构日光温室在高寒地区的性能观测甘肃农业科技，（1）：39-41唐中祺，颉建明，郁继华，冯致，吕剑2014不同跨度日光温室升温保温性能研究甘肃农业大学学报，49（6）：60-63魏德军，李芹，刘立峰，王继堂，刘善勇2017新型可移动式日光温室的构造及特点中国蔬菜，（4）：83-84严德怀，陈志宏 2014全钢架装配式新型日光温室及应用前景中国农技推广， 30（6）：28-29GB50176 2016，2017民用建筑热工设计规范北京：中华人民共和国住房和城乡建设部：12-13，77-8368新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜     CHINA VEGETABLESAnalysis of Temperature Environment and Production Performance of  Solar Greenhouses Assembled with Different Specifications SONGMing-jun1，ZHANG Xue-bin2，ZHAO Peng1，ZHAO Shu-chun3， ZHANGBin-xiang3，ZHANG Xu-lin1，ZHANGJian-jin3（1VegetableResearchInstitute， GansuAcademyofAgriculturalSciences， Lanzhou730070， Gansu， China；2CashCropTechnologyExtensionStationofGansuProvince， Lanzhou730000， Gansu， China；3JingyuanAgriculturalTechnologyExtensionCenterofGansuProvince， Jingyuan730600， Gansu， China）Abstract：The assembledsolargreenhousehasbeenwidelyappliedinGansuProvinceinrecentyears.Thispapercarriedoutobservationontemperatureenvironmentperformanceof4kindssolargreenhousesassembledwithdifferentspecifications，built inJingyuanCounty，Gansu Province.Theresultsindicatedthatthese4kindsofassembledgreenhouseshadverydifferenttemperatureconditions，due tothedifferentparametersofgreenhouseconstruction.InJanuary，therewere4.1 differencesinminimumtemperature.Temperatureintheassembledsolargreenhouseroseandcooledrapidly.InJanuary，the averagetemperaturerisinginassembledsolargreenhousewas2.4-5.6higherthanthat oftheordinarysolargreenhouse.Theaveragemaximumtemperaturecouldevenreach35.7，andaverageminimumtemperaturewas5.7-9.8，1.2-5.3lowerthanthatoftheordinarysolargreenhouse. Alongwiththeriseofoutsidetemperature，the temperatureconditioninMarchatassembledsolargreenhousewasgenerallybetterthanthatoftheordinarysolargreenhouse.TheassembledsolargreenhousesinJingyuanCountyofGansuProvinceweresuitableforproducingleafyvegetablesinJanuary.AfterFebruary，along withtheriseofoutsidetemperatureandimprovementofgreenhouseconditions，the productionofearlyspringsolanaceousfruitvegetablesandcucurbitsshouldbethefirstchoice.Key words：Assembledsolargreenhouse；Structure；Temperature；Environment ；Performance望都县隶属于河北省保定市，与保定市区接壤。望都土壤肥沃，土壤中微量元素含量高，经过世代望都人筛选提纯，培育出独具特色的羊角椒，因此望都辣椒又称为“羊角辣”，因其形若羊角而得名。望都辣椒已有 500 多年的种植历史。相传，明朝洪武年间（公元 1368 1398 年），明太祖朱元璋封四太子朱棣为燕王，并派他率兵北征。燕王扫北，逐鹿中原。过后留下一片焦土。为了补充人丁，恢复生产，统治者从山西省洪洞县迁来一批百姓。他们带来了家眷、牲口和生产工具，也带来了辣椒种子。自此山西的辣椒在望都开花结果，逐渐形成望都辣椒的独特风味。明末清初，随着资本主义的萌芽和商品经济的发展，农民对辣椒的种植开始以自给转向大规模种植的商品化生产。到清末，望都辣椒有了较高的声誉和广泛的影响，以其优质的品种和较大的种植规模赢得了“辣都”的誉称。望都辣椒色泽深红，肉质肥厚，油性大，辣度适中，辣素、香素含量高，香味浓郁，在海内外享有盛誉。望都辣椒不仅是河北省的名贵土特产，也成为中国传统的出口农副土特产之一。望都建有国内首家以辣椒文化为主题的博物馆中国望都辣椒文化博物馆。博物馆分序厅、主展厅、商品展示厅三部分。序厅是主题为“九龙河畔辣椒红”的巨型玻璃钢浮雕；主展厅划分为“千年古县尧母故里”、“天助人勤 椒红沃土”、“妙手调味椒油飘香”、“辣业骄子商海弄潮”、“以椒为媒广结商缘、“辣都风情厚德载物”、“尧韵椒乡风生水起”7 个版块，从不同角度反映了望都辣椒产业的发展史和辣椒文化的深厚与璀璨。国家质量监督检验检疫总局于 2010 年 12 月 31 日起对望都辣椒实施地理标志产品保护。望都辣椒地理标志产品保护范围为望都县所辖行政区域内的 8 个乡镇。张德纯（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）河北望都辣椒 中国地理标志产品 69新优品种栽培管理本期视点产业市场病虫防控 研究论文中 国 蔬 菜     CHINA VEGETABLES